【物理】向心力課件 2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

2向心力第六章圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)入新課觀看視頻-空中飛椅—思考：1.飛椅與人在靜止時(shí)受到哪些力，這些力的合力是怎樣的？2.飛椅與人一起做勻速圓周

運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受到了

哪些力？所受合力的方向

有什么特點(diǎn)?交流討論1.圓周運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)，合力是否為零？一、向心力2.實(shí)驗(yàn)探究：?jiǎn)栴}1：你牽細(xì)線的手有什么感覺(jué)，小球受到細(xì)線拉力的方向有什么特點(diǎn)？問(wèn)題2：突然松手，觀察發(fā)生什么現(xiàn)象？拉力的方向指向圓心松手后，小球沿切線方向做直線運(yùn)動(dòng)一、向心力問(wèn)題3：你認(rèn)為使小球做圓周運(yùn)動(dòng)的力指向何方？問(wèn)題4：小球受到哪些力的作用，向心力是哪個(gè)力提供的？使小球做圓周運(yùn)動(dòng)的力指向圓心小球受重力、支持力和拉力，向心力由拉力提供一、向心力3.空中飛椅與人靜止時(shí)，受到哪些力的作用，合力為多少，飛椅與人一起做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受到哪些力的作用，合力的方向怎樣，向心力是由什么力提供的？靜止時(shí)，受重力和繩的拉力，合力為零。圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受重力和繩的拉力，合力水平，指向圓心，向心力由重力和拉力的合力提供O’OmgTFθLR梳理深化一、向心力1.定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向

，這個(gè)

的力就叫作向心力。2.方向：始終指向_______，與線速度方向________，是時(shí)刻_______的.一、向心力圓心指向圓心圓心垂直變化O’OmgTFθLR一、向心力3.效果力：向心力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向始終垂直，故向心力不改變速度的______，只改變速度的_______。向心力是根據(jù)力的作用_______來(lái)命名。4.向心力的來(lái)源：物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力由物體所受力中沿___________方向的力提供，可能是_________也可能是某個(gè)力的_______或某些力的________。指向圓心某個(gè)力分力合力大小方向效果O’OmgTFθLR鞏固提升例1.關(guān)于做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需的向心力，下列說(shuō)法正確的是（）A.向心力方向與物體的速度方向相同B.向心力方向與物體的速度方向相反C.向心力方向總是保持不變D.向心力只改變速度方向，不改變速度大小一、向心力【解析】向心力方向指向圓心，速度方向沿切線方向，二者相互垂直，所以A、B錯(cuò)，向心力方向時(shí)刻改變，所以C錯(cuò)，向心力方向與速度方向垂直，所以只改變速度的方向不改變速度的大小，所以D對(duì)。D練習(xí)1.關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.向心力是指向圓心方向的合力，是根據(jù)力的作用效果命名的B.向心力可以是多個(gè)力的合力，也可以是其中一個(gè)力或一個(gè)力

的分力C.對(duì)穩(wěn)定的圓周運(yùn)動(dòng)，向心力是一個(gè)恒力D.向心力的效果是改變質(zhì)點(diǎn)的線速度的方向一、向心力C

例2.如圖所示，水平轉(zhuǎn)臺(tái)上放著一枚硬幣，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，硬幣沒(méi)有滑動(dòng)，關(guān)于這種情況下硬幣的受力情況，下列說(shuō)法正確的是（）A.受重力和臺(tái)面的持力B.受重力、臺(tái)面的支持力和向心力C.受重力、臺(tái)面的支持力、向心力和靜摩擦力D.受重力、臺(tái)面的支持力和靜摩擦力一、向心力DNmgf練習(xí)2.如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒內(nèi)壁上緊靠著一個(gè)物體一起運(yùn)動(dòng)，關(guān)于物體的受力情況，下列說(shuō)法正確的是（）A.重力、彈力、摩擦力

B.重力、彈力、摩擦力、向心力C.重力、彈力、向心力

D.重力、摩擦力、向心力一、向心力A

mgFfFN交流討論1.課堂實(shí)驗(yàn)：感受向心力在繩子的一端栓一個(gè)小沙袋（或其他小物體），另一端握在手中。將手舉過(guò)頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)沙袋所受的向心力近似等于手通過(guò)繩對(duì)沙袋的拉力，更換沙袋的質(zhì)量和繩長(zhǎng)及速度，感受向心力的變化。問(wèn)題1：你認(rèn)為向心力的大小與哪些因素有關(guān)？二、向心力的大小物體的質(zhì)量、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑及速度二、向心力的大小演示實(shí)驗(yàn)：向心力的大小

問(wèn)題1.用質(zhì)量比為2：1的鋼球和鋁球，使它們運(yùn)動(dòng)的半徑r和角速度相同，觀察得到露出的紅白相間方格數(shù)，向心力與質(zhì)量什么關(guān)系？問(wèn)題2.當(dāng)質(zhì)量與角速度相同時(shí)，使它們運(yùn)動(dòng)半徑不同，觀察得到露出的紅白相間方格數(shù)，向心力與半徑什么關(guān)系？當(dāng)半徑和角速度一定時(shí)，向心力與質(zhì)量成正比當(dāng)質(zhì)量與角速度一定時(shí)，向心力與半徑成正比控制變量法二、向心力的大小問(wèn)題3.當(dāng)質(zhì)量與半徑相同時(shí)，使它們運(yùn)動(dòng)的角速度不同，觀察得到露出的紅白相間方格數(shù)，向心力與角速度什么關(guān)系？當(dāng)質(zhì)量與半徑一定時(shí)，向心力與角速度的平方成正比梳理深化

勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小為二、向心力的大小式中m是運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量，r是運(yùn)動(dòng)物體轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑，ω是轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。式中v是物體圓周運(yùn)動(dòng)線速度的大小。【討論】從看，F(xiàn)跟r成正比，從看，

F

跟r成反比。你如何認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題？控制變量鞏固提升例3.圖甲為游樂(lè)園中“空中飛椅”的游戲設(shè)施，若將人和座椅看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，則可簡(jiǎn)化為如圖乙所示的物理模型，其中P為處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤(pán)，可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)繩長(zhǎng)l＝10m，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m＝60kg，轉(zhuǎn)盤(pán)靜止時(shí)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d＝4.0m，轉(zhuǎn)盤(pán)逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ＝37°，不計(jì)空氣阻力及繩重，且繩不可伸長(zhǎng)，sin37°＝0.6,cos37°＝0.8，g＝10m/s2，求質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)：二、向心力的大小解析：(1)如圖所示，對(duì)人和座椅進(jìn)行受力分析，圖中F為繩子的拉力。在豎直方向：Fcos37°－mg＝0解得F＝＝750N。二、向心力的大?。?）繩子拉力的大小；（2）轉(zhuǎn)盤(pán)角速度的大小。(2)人和座椅在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力和繩子拉力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律有mgtan37°＝mω2R，R＝d＋lsin37°聯(lián)立解得：ω＝＝rad/s?！敬鸢浮?1)750N；(2)rad/s二、向心力的大小練習(xí)3、用長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩一端拴住物體，使物體在某一水平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但懸點(diǎn)不在此水平面內(nèi)，如圖所示，繩與豎直方向成θ角。分析以下問(wèn)題：(1)什么力提供向心力？請(qǐng)計(jì)算合力的大小。(2)求物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度、線速度二、向心力的大小O’OθLR(1)重力和拉力的合力提供向心力。合力為(2)三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)交流討論1.視頻：仔細(xì)觀察擲鏈球的視頻，分析在加速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)繩的拉力是否完全與球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，以及在“做一做”實(shí)驗(yàn)中，沙袋加速時(shí)，繩子牽引沙袋方向與沙袋運(yùn)動(dòng)的方向是否完全垂直？如果不垂直，偏向哪側(cè)？不垂直，偏向速度的方向三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)交流討論

2.如果是減速圓周運(yùn)動(dòng)，合力是否與運(yùn)動(dòng)方向垂直，偏向哪側(cè)？3.在研究一般的曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把這條曲線分割成很多很短的小段，質(zhì)點(diǎn)在每一小段的運(yùn)動(dòng)都可以看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，試分析質(zhì)點(diǎn)的受力方向？不垂直，偏向速度的反方向合力指向運(yùn)動(dòng)軌跡內(nèi)側(cè)梳理深化1.把做變速圓周運(yùn)動(dòng)物體所受的合力沿切線方向和法線方向正交分解，得到一個(gè)沿法線方向的分力Fn和一個(gè)沿切線方向的分力Ft。Fn提供向心力，只改變速度的方向，F(xiàn)t只改變速度的大小。2.加速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)合力沿切線方向的分力與速度方向相同，減速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)合力沿切線方向的力與速度的方向相反。3.做曲線運(yùn)動(dòng)的物體合力指向曲線內(nèi)側(cè)。三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)鞏固提升例4.一輛汽車(chē)在水平公路上轉(zhuǎn)彎，沿曲線由M向N行駛，速度逐漸減小，下圖中A、B、C、D分別畫(huà)出了汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所受合力F的四種方向，正確的是（）A．

B．

C．

D．三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)CFMNMNMNMNFFF鞏固提升練習(xí)4.如圖所示，物體在恒力F作用下沿曲線從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，這時(shí)突然使它所受的力反向，但大小不變，即由F變?yōu)?F，在此力的作用下，物體以后的運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法正確的是()A.物體可能沿曲線Ba運(yùn)動(dòng)

B.物體可能沿曲線Bb運(yùn)動(dòng)C.物體可能沿曲線Bc運(yùn)動(dòng)

D.物體可能沿原曲線BA運(yùn)動(dòng)三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)CABabc課堂小結(jié)向心力向心力定義方向：指向圓心效果：只改變速度的方向，不改變速度的大小來(lái)源：可以由某一力提供，也可以由幾個(gè)力的合力或分力提供公式或變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)切向分力與速度共線，改變速度的大小法向分力與速度垂直，改變速度的方向向心力大小課外拓展1.圖甲是中國(guó)家家戶(hù)戶(hù)都有的團(tuán)圓桌。餐桌上放一半徑為r=0.6m可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)，近似認(rèn)為餐桌與圓盤(pán)在同一水平面內(nèi)，忽略?xún)烧咧g的間隙，如圖乙。將某小物體放置在圓盤(pán)邊緣，該物體與圓盤(pán)的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.6，設(shè)小物體與圓盤(pán)以及餐桌之間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。求緩慢增大圓盤(pán)的速度，物體從圓盤(pán)上甩出的速度。課外拓展【解析】由題意可得，當(dāng)小物體在圓盤(pán)上隨圓盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)對(duì)小物體的靜摩擦力提供向心力，所以隨著圓盤(pán)轉(zhuǎn)速的增大，小物體受到的靜摩擦力增大。當(dāng)靜摩擦力最大時(shí)，小物體即將滑落，此時(shí)圓盤(pán)的角速度達(dá)到最大，為：

兩式聯(lián)立可得：所以速度為：2.直徑為0.5m的洗衣機(jī)脫水筒以40rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，一衣物貼著桶壁相對(duì)桶壁靜止。（g取10